專利名稱：耐燃纖維和碳纖維的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高強度碳纖維的制造方法和作為其中間原料的有用的耐燃纖維的制 造方法。
背景技術：
近年來，將碳纖維用作強化纖維的復合材料，因具備質輕、高強度等優(yōu)良的機械特 性，往往被用作航空器等的結構材料。這些復合材料，例如，可以由強化纖維中浸漬有基體 樹脂而得到的中間產品、即預浸料坯(pr印reg)經過加熱-加壓的所謂成型-加工工序而 得以成型。因此，為了得到所需的復合材料，有必要各自采用最適的材料或成型、加工手段。 并且，根據用途，作為強化纖維的碳纖維，也存在要求有更高強度等情況。例如，在航空器 用復合材料中以輕量化為目的的情況下，雖然有必要在保持碳纖維強度的情況下還提高彈 性，但是，碳纖維在一般情況下伴隨著彈性模量的提高其脆性也增加、其延展率下降，因此 難以獲得具備高復合性能的復合材料。在航空器領域中，強度和彈性模量為中等程度的碳纖維，例如強度為5680MPa、彈 性模量為294GPa左右的碳纖維，在過去得到了良好的利用，不過，最近變成以機身的輕量 化為主要目的、對更高性能的復合材料有需求，與此相應對兼有高強度和高彈性碳纖維的 開發(fā)進行了嘗試。但是，因為彈性模量和延展率存在此消彼長的關系，伴隨著彈性模量的增 加，碳纖維的延展率卻降低、脆性也增加。因此，對制造高彈性且高強度并且脆性等物性降 低少的高性能碳纖維而言是非常困難的。特別是這種傾向在彈性模量超過294Gpa時變得 顯著，包括確保穩(wěn)定的物性在內，開發(fā)是非常困難的。在碳纖維和基體樹脂的復合化中，為了追求高性能化，必不可少的是也要提高如 上所述的碳纖維本身的強度和彈性模量等。并且，對于碳纖維的強度和彈性模量的提高等， 一直以來有各種各樣的研究，不過，相比之下，在最近也有大力進行特別是用于由聚丙烯酸 系前體纖維來制造碳纖維的、耐燃工序和/或碳化(包括石墨化)工序的改善、改良的研究 (參考例如專利文獻1 5)。但是，適于制造目前特別對高復合性能有要求的復合材料的、 高強度高彈性的碳纖維的工業(yè)上有利的制造方法，還未必得到確立。專利文獻1 特開平5-214614號公報專利文獻2 特開平10-25627號公報專利文獻3 特開2001-131833號公報專利文獻4 特開2003-138434號公報專利文獻5 特開2003-138435號公報一般而言，作為利用聚丙烯酸系前體纖維制造碳纖維的方法已知有將前體纖維 在200 280°C的氧化性氣氛下一邊進行拉伸或收縮一邊進行氧化處理(耐燃處理)之后， 在300°C以上的惰性氣體氣氛中進行碳化來制造的方法。特別是耐燃處理工序中纖維的處 理方法，對碳纖維強度的體現(xiàn)產生很大影響，自很早以來已進行過大量的研究。例如，將耐燃處理絲進行碳化而獲得高強度碳纖維，所述耐燃處理絲是以耐燃工
3序中的伸長率為-10 +10% (拉伸倍率0.9 1. 1)的范圍所制造的、纖維密度在1.30 1.42g/cm3的范圍(參考專利文獻6)；以3%以上的伸長率(1.03以上的拉伸倍率)直至 纖維密度達到1. 22g/cm3為止、對此后的收縮進行實質上地抑制并進行耐燃處理，接著通過 進行碳化獲得高強度的碳纖維(參考專利文獻7)；或者，此外，以3%以上的伸長率(1.03 以上的拉伸倍率)直至纖維密度達到1. 22g/cm3進行耐燃處理，然后進一步以以上的伸 長率(1.01以上的拉伸倍率)進行拉伸處理，然后通過進行碳化獲得絲束(strand)強度為 460kgf/mm2以上的碳纖維(參考專利文獻8)等長期以來就有報道。專利文獻6 特公昭63-28132號公報專利文獻7 特公平3-23649號公報專利文獻8 特公平3-23650號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明的課題在于提供制造適于最近特別對高復合性能有需求的復合材料的、高 強度高彈性的碳纖維的方法。本發(fā)明人等，為了制造適于特別對高復合性能有需求的復合材料的、高強度高彈 性的碳纖維，在利用如上所述一直以來為人所知的聚丙烯酸系前體纖維來制造碳纖維的方 法中，從全新的觀點出發(fā)，對耐燃工序和/或碳化(包括石墨化)工序進行改良，從而實現(xiàn) 了本發(fā)明。本發(fā)明的實施形式之一是一種耐燃纖維的制造方法，其特征在于，將聚丙烯酸系 前體纖維在氧化性氣氛中進行耐燃處理、制造耐燃纖維時，(1)作為耐燃處理的預處理，在 溫度范圍為220 260°C、負荷為0. 58g/tex以下、采用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)所 測定的該前體纖維的環(huán)化度(I162tZI224Cl)不超過7%的條件下使該前體纖維收縮；然后，(2) 在230 260°C的氧化性氣氛中，在該前體纖維的環(huán)化度不超過27%并且密度不超過1. 2g/ cm3的范圍，以2. 7 3. 5g/tex的負荷對該前體纖維進行初期拉伸；接著，(3)在氧化性氣 氛中和200 280°C下，優(yōu)選在240 250°C下，在拉伸倍率為0. 85 1. 3倍、優(yōu)選為0. 95 倍以上的范圍對該前體纖維進行耐燃處理直到密度達到1. 3 1. 5g/cm3的范圍為止。本發(fā)明的其他形式是一種碳纖維的制造方法，其特征在于，將如上所述得到的聚 丙烯酸系前體纖維、接著采用公知的方法進行碳化處理。此外，本發(fā)明中在所謂的碳化處理 時也包括所謂的石墨化處理。本發(fā)明還有的其他實施形式是采用上述記載的制造方法所得到的、抗拉強度為 5880MPa以上、彈性模量為308GPa以上的碳纖維本身。本發(fā)明中，在對聚丙烯酸系前體纖維進行耐燃處理時，作為其預處理，通過使纖維 暫時收縮而排出纖維中的水分，將纖維的結構形成無空隙(voidless)的結構。其結果，可 以制造內部缺陷減少的耐燃纖維。并且，將其作為中間原料，用以往公知的方法進行碳化處 理即可得到高強度高彈性的碳纖維。如果適當設定條件，可得到抗拉強度為5880MPa以上、 彈性模量為308GPa以上的、在高強度繼續(xù)保持的同時使彈性模量提高的碳纖維。并且，從 這樣的碳纖維和基體樹脂得到的復合材料，因具備優(yōu)良的復合特性，可以獲得比以往的材 料性能更高的復合材料，這些復合材料可以在航空宇宙領域、汽車領域等領域中用作輕量 化并且適于結構材料的復合材料。
具體實施例方式本發(fā)明中，作為耐燃纖維或碳纖維的制造方法所使用的聚丙烯酸系前體纖維，可 以沒有任何限制地使用以往公知的聚丙烯酸系纖維。其中，優(yōu)選采用廣角X射線衍射(衍 射角17° )測定的取向度為90. 5%以下的聚丙烯酸系纖維。具體而言，將含有丙烯腈90 重量％以上、優(yōu)選為95重量％以上的單體均聚或共聚而成的紡絲溶液進行紡絲，獲得碳纖 維原料(前體纖維)。作為紡絲方法，也可使用濕式或干濕式紡絲方法的任一方法，為了獲 得利用與樹脂的固著效果而粘著性優(yōu)良的碳纖維，更優(yōu)選獲得表面有褶皺的纖維的濕式紡 絲方法。此外，通過濕式紡絲方法得到的纖維，優(yōu)選在其后進行水洗、干燥、拉伸后用作碳纖 維原料。作為進行共聚的單體，優(yōu)選丙烯酸甲酯、衣康酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸等。將如上述所得到的聚丙烯酸系前體纖維，根據本發(fā)明的耐燃纖維的制造法進行耐 燃處理，可以獲得耐燃纖維。并且，通過將該耐燃纖維進行碳化(根據需要，包括進行所謂 的石墨化處理)，可以獲得高強度高彈性的碳纖維。聚丙烯酸系前體纖維在通常情況下的耐燃處理，例如，在加熱空氣等氧化性氣氛 中、在200 280°C、優(yōu)選為240 250°C的溫度范圍內進行。此時，雖然在一般情況下以拉 伸倍率0. 85 1. 3倍的范圍拉伸或收縮處理前體纖維，但是，為了獲得高強度、高彈性的碳 纖維，更優(yōu)選設定為0.95倍以上。雖然通過該耐燃處理，可獲得纖維密度為1.3 1.5g/ cm3的耐燃纖維，但是，在耐燃時對絲施加的張力并沒有特別限定。在耐燃處理過程中，如果不進行拉伸處理，聚丙烯酸系前體纖維在處理溫度上升 的同時收縮。因此，通過調節(jié)拉伸應力進行拉伸處理，可以調節(jié)拉伸倍率。所謂拉伸倍率 1.0是表示盡管對纖維提供拉伸應力，但是收縮和拉伸之間能取平衡、在拉伸前和拉伸后的 長度是相同的。本發(fā)明中，其特征在于，在上述耐燃處理時首先進行預處理。即，首先，(1)作為耐 燃處理的預處理，是在溫度為220 260°C、優(yōu)選為230 245°C的范圍、負荷為0. 58g/tex 以下、優(yōu)選為0. 55g/tex以下、采用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)所測得的前體纖維的環(huán) 化度(1162(1/1224。)不超過7%、優(yōu)選為6.6%以下的條件下，使前體纖維收縮。但是，如果過 度降低負荷，當運行絲接觸到松弛爐(slack furnace)、加熱器(heater)部時，可能導致運 行絲被切斷或因表面損傷引起物性降低，因此，負荷以運行絲不松弛的重量以上、并且以處 于上述范圍內為優(yōu)選。此外，本發(fā)明中所謂的采用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)所測得的前體纖維的 環(huán)化度α162(ι/ι224(ι)，是作為耐燃反應的指標而使用的值，是表示隨著耐燃的進展I224。所顯 示的腈基進行開環(huán)、I162tl所顯示的向萘啶(naphthyridine)環(huán)進行反應的反應進展程度的值。將本發(fā)明中如上所述已預處理過的前體纖維，在其后，(2)在230 260°C、優(yōu)選 為240 250°C的氧化性氣氛中、在該前體纖維的環(huán)化度不超過27%并且密度不超過1.2g/ cm3范圍，對該前體纖維施以負荷為2. 7 3. 5g/tex、優(yōu)選為2. 8 3. Og/tex來進行初期 拉伸。此時，如果負荷成為該范圍以外的情況下，則有可能在工序中發(fā)生單絲切斷、工序變 得不穩(wěn)定而導致生產效率變差，因此不優(yōu)選。將如上所述工序(1)中預處理過的前體纖維，在工序(2)的上述條件下進行初期
5拉伸。并且，接著進行前體纖維在通常情況下的耐燃處理。即，(3)在氧化性氣氛中和200 280°C下、優(yōu)選在240 250°C下，拉伸倍率0. 85 1. 3倍、優(yōu)選為0. 95倍以上的范圍，對前 體纖維進行耐燃處理直到密度達到1. 3 1. 5g/cm3的范圍為止，獲得耐燃纖維。聚丙烯酸系前體纖維的耐燃處理，通常，通過在氣氛氣體循環(huán)式的加熱爐中，將前 體纖維通過在供給輥和接收輥之間多次施加規(guī)定的負荷使其進行拉伸或收縮、同時使其通 過來進行。并且，在通常情況下，聚丙烯酸系前體纖維是以前體纖維絲束(strand)的狀態(tài) 而加以處理的，因此絲束盡量處于被收束的狀態(tài)，不過，優(yōu)選以工序的穩(wěn)定性為目的。特別 是在單絲數為20，000根以上的粗絲束的情況下，優(yōu)選給與適當油劑來維持絲束的收束性。對于含有水分的聚丙烯酸系前體纖維的耐燃處理而言，本發(fā)明工序(1)中的前體 纖維致密化是必需的。通常情況下，尚未開始耐燃反應的纖維是疏松結構，在施以熱時，纖 維中的水分蒸發(fā)、被排出到纖維之外。不過，耐燃處理是從纖維表面開始發(fā)生的，因此，如果 在纖維中的水分脫掉之前就開始進行耐燃反應，那么水分的排出會受到由該耐燃反應所形 成的表面結構阻礙。該排出不充分的水蒸氣在纖維中形成空隙而造成結構缺陷，從而存在 所得到的耐燃纖維強度下降的問題。因此，本發(fā)明中，在耐燃處理前，在一定的條件下，即， 在溫度范圍220 260°C、負荷為0. 58g/tex以下、采用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)所 測得的前體纖維的環(huán)化度(I162tZI224Cl)不超過7%的條件下使得前體纖維收縮，基于此，將前 體纖維進行某種程度的致密化，充分除去纖維中的水分，從而抑制可能導致纖維內部結構 缺陷的空隙的發(fā)生。但是，將前體纖維進行致密化時，其分子結構變得松散(loose)，然后，在通常條件 下進行耐燃處理時存在另外的問題，即不能最終獲得應該滿意的高強度高彈性的碳纖維。 因此，本發(fā)明中的提出了如下方案在耐燃處理工序的初期階段，在230 260°C的氧化性 氣氛中，在前體纖維的環(huán)化度不超過27 %并且密度不超過1. 2g/cm3的范圍中，將前體纖維 以負荷為2. 7 3. 5g/tex進行初期拉伸。通過所述手段可以解決上述問題，這已得到確認。然后，接著在相同的耐燃爐中，在氧化性氣氛中和200 280°C下、優(yōu)選在240 250°C下，在拉伸倍率0. 85 1.3倍、優(yōu)選為0. 95倍以上的范圍，進行通常條件范圍內的耐 燃處理直到密度達到1. 3 1. 5g/cm3的范圍為止。如上所述本發(fā)明的方法，特別有利地用于生產成本和品質方面的是下述情況單 絲數為20，000根以上，經廣角X射線衍射所測得的取向度為90%以下，并且每單位重量含 有20 50重量％的水分的聚丙烯酸系碳纖維前體纖維束。在上述條件下進行耐燃處理而 得到的耐燃纖維，不僅因工序的通過性良好使生產效率提高，而且基于拉伸使取向度有結 構性提高，因此，將該耐燃纖維進行碳化所得到的碳纖維的強度有變高的特點。本發(fā)明中的耐燃處理，包括初期拉伸工序在內，是在氧化性氣氛下的耐燃爐中來 進行的。另一方面，雖然在給與油劑前使用耐燃爐之外的其他加熱爐來進行耐燃處理的預 處理工序是便利的，但是，如果要進行工序以使得在加熱爐之外進行油劑給與工序，則可以 將耐燃處理的預處理工序和耐燃工序在同一個加熱爐(耐燃爐)中連續(xù)地進行。本發(fā)明的另一實施形式是一種碳纖維的制造方法，其特征在于，將聚丙烯酸系前 體纖維在氧化性氣氛中進行耐燃處理、然后通過在惰性氣氛中進行碳化處理來制造碳纖維 時，(1)作為耐燃處理的預處理，在溫度范圍為220 260°C、負荷為0. 58g/tex以下、采用 傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)所測定的該前體纖維的環(huán)化度(1162(|/1224(|)不超過7%的條件下使該前體纖維收縮；然后，(2)在230 260°C的氧化性氣氛中，在該前體纖維的環(huán)化度 不超過27%并且密度不超過1. 2g/cm3的范圍，將該前體纖維以負荷為2. 7 3. 5g/tex進 行初期拉伸；接著，⑶在氧化性氣氛中和200 280°C下，優(yōu)選在240 250°C下，在拉伸 倍率為0. 85 1. 3倍、優(yōu)選為0. 95倍以上的范圍對該前體纖維進行耐燃處理直到密度達 到1. 3 1. 5g/cm3的范圍為止，然后進行碳化處理。上述發(fā)明中，將聚丙烯酸系前體纖維在氧化性氣氛中進行耐燃處理的條件和手 段，是和前述的耐燃纖維的制造方法同樣。將所述耐燃纖維通過在其后進行碳化處理可獲 得本發(fā)明的碳纖維。在將耐燃纖維進行碳化而獲得碳纖維的情況下，通常按如下所說明的那樣進行碳 化處理，不過，在本發(fā)明中的碳化處理也是指這樣的處理。[第一碳化處理]在第一碳化處理工序中，將耐燃纖維在惰性氣氛中、在300 900°C、優(yōu)選為300 550°C的溫度范圍、進行第一次拉伸處理和第二次拉伸處理。即，首先以1. 03 1. 07的拉 伸倍率進行一次拉伸處理，接著以0. 9 1. 01的拉伸倍率進行二次拉伸處理，獲得纖維密 度為1. 4 1. 7g/cm3的第一碳化處理纖維。在第一碳化處理工序的一次拉伸處理中，優(yōu)選 從耐燃纖維的彈性模量降低到最小值時的點開始直至增加到9. SGpa為止的范圍、相同纖 維的密度達到1. 5g/cm3為止的范圍、以1. 03 1. 07的拉伸倍率進行拉伸處理。在二次拉 伸處理中，優(yōu)選一次拉伸處理后的纖維密度在二次拉伸處理中持續(xù)上升的范圍、以0. 9 1.01倍的拉伸倍率進行拉伸處理。采用這樣的條件時，晶體不進行生長而被致密化，可以抑 制空隙的形成，最終可以獲得具備高致密性的高強度碳纖維。所述第一碳化處理工序，可以 使用一個爐或者兩個以上的爐、連續(xù)或者各別進行處理。[第二碳化處理]在第二碳化處理工序中，將上述第一碳化處理纖維在惰性氣氛中、800 2100°C、 優(yōu)選為1000 1450°C的溫度范圍內，分為一次處理和二次處理來進行拉伸處理獲得第二 碳化處理纖維。在一次處理中，優(yōu)選在第一碳化處理纖維的密度在一次處理中持續(xù)上升的 范圍、相同纖維的氮含量為10質量％以上的范圍、將相同纖維進行拉伸處理。在二次處理 中，優(yōu)選在一次處理纖維的密度不發(fā)生變化或進行降低的范圍、將相同纖維進行拉伸處理。 第二碳化處理纖維的延展率為2. 0%以上、更優(yōu)選為2. 2%以上。此外，第二碳化處理纖維 的直徑優(yōu)選為5 6. 5 μ m。另外，這些焙燒工序可以使用單一的設備連續(xù)進行處理，也可以 使用多個設備進行連續(xù)處理，沒有特別限定。[第三碳化處理]在第三碳化處理工序中，將上述第二碳化處理纖維進一步在1500 2100°C、優(yōu)選 為1550 1900°C中進行碳化或石墨化處理。[表面處理]對于上述第三碳化處理纖維，接著施以表面處理。表面處理可以使用氣相處理、液 相處理，不過，從工序管理的簡便性和提高生產效率的角度出發(fā)，優(yōu)選使用電解處理進行表 面處理。另外，電解處理所使用的電解液，沒有特別限定，可以使用以往公知的無機酸、有機 酸、堿或它們的鹽的水溶液。具體可列舉如，硝酸、硝酸銨、硫酸、硫酸銨、氫氧化鈉等。[上膠處理]
對于上述表面處理纖維，接著施以上膠(sizing)處理。上膠方法可以使用以往公 知的方法，上膠劑結合用途而適當改變組成來使用，使其均勻粘著后進行干燥為優(yōu)選。采用如上所述的方法制造碳纖維時，可獲得抗拉強度為5880MPa以上、彈性模量 為308GPa以上的本發(fā)明的碳纖維。實施例通過以下實施例和比較例來對本發(fā)明進行具體說明。在實施例和比較例中所得到 的耐燃纖維和碳纖維的各個物性值，根據以下的方法來進行測定。環(huán)化度(I162Q/I224(1)是使用賽默飛世爾科技(Thermo Fisher Scientific)公司制 造的Magna-IR ·550、按KBr法進行測定，是從I224tl所顯示的腈基的峰強度和I162tl所顯示的 萘啶環(huán)的峰強度的比來算出的。密度是通過液體置換法(JIS · R · 7601)在丙酮中進行脫 氣處理來測定的。碳纖維的樹脂浸漬絲束強度和彈性模量使用JIS · R · 7601所規(guī)定的方法進行測 定。碳纖維的上膠劑的除去是通過使用丙酮進行3小時的索氏抽提處理，然后將纖維進行 風干。[實施例1 3、比較例1 9]將由丙烯腈95重量％ /丙烯酸甲酯4重量％ /衣康酸1重量％形成的共聚物紡 絲原液通過常規(guī)方法進行濕式紡絲、水洗 上油 干燥后，進行蒸汽拉伸使總拉伸倍率達到 14倍，得到纖度1733tex的單絲數為24，000的前體纖維。將這樣得到的前體纖維用后述的 制造工序進行處理，獲得本發(fā)明的耐燃纖維。工序(1)作為耐燃處理的預處理，使用預處理爐將上述前體纖維在溫度為230 245°C的范圍、如表1所示的拉伸條件下改變負荷，進行預處理。采用傅立葉變換紅外光譜 儀(FT-IR)所測得的該前體纖維的環(huán)化度(1_/1224(1)如表1所示。工序(2)將如上所述已預處理過的前體纖維使用設定為240 250°C的熱風循環(huán) 式耐燃爐，在如表1所示的拉伸條件下改變負荷進行初期拉伸使得比重達到1. 20為止。所 得到纖維的環(huán)化度如表1中所示。工序(3)已進行初期拉伸的前體纖維，接著在相同的耐燃爐中設定為240 250°C的氧化性氣氛中，按表1所示的拉伸倍率為1. 0 1. 01倍的范圍，進行耐燃處理直到 密度達到1. 3 1. 5g/cm3的范圍為止。將上述所得到的各種耐燃纖維，在氮氣氣氛中、爐內溫度分布為300 580°C、以 拉伸倍率為1. 01倍進行第一碳化之后，在1000 1450°C的溫度范圍內進行第二碳化。進 而，將所得到的第二碳化纖維，在1400 1850°C的溫度范圍內進行第三碳化，在經過表面 處理、上膠處理之后，獲得具備如表2所示的物性值(絲束性能)的碳纖維。根據表1可知，在本發(fā)明中所規(guī)定的制造條件范圍內，所得到的碳纖維的實施例 1 3的數據，與條件完全不滿足的比較例1 9的數據進行比較，具備更優(yōu)良的強度和彈 性模量。此外，比較例1 4和比較例6，不滿足本發(fā)明的所謂工序(1)的負荷(拉伸張力) 為0. 58g/tex以下的條件。關于比較例5，不滿足所謂工序(1)的負荷為0. 58g/tex以下的 條件也不滿足所謂工序(2)的以負荷為2. 7 3. 5g/tex進行初期拉伸的條件。關于比較 例7和8，不滿足所謂工序(2)的以負荷為2.7 3. 5g/tex進行初期拉伸的條件。關于比 較例9，不滿足所謂工序(2)的以負荷為2. 7 3. 5g/tex進行初期拉伸的條件也不滿足所
8謂密度不超過1. 2g/cm3的條件。[表 1] [表 2] 工業(yè)實用性根據本發(fā)明的制造方法，例如，可獲得抗拉強度為5880MPa以上、彈性模量為 308GPa以上的高強度_高彈性碳纖維。并且，所述高強度_高彈性碳纖維適于制造航空器 用等所需求的具備高復合性能的復合材料。此外，本發(fā)明的耐燃纖維，作為用于制造如上所 述的高強度_高彈性碳纖維的中間原料是有用的。
權利要求
一種耐燃纖維的制造方法，其特征在于，將聚丙烯酸系前體纖維在氧化性氣氛中進行耐燃處理、制造耐燃纖維時，(1)作為耐燃處理的預處理，在溫度范圍為220～260℃、負荷為0.58g/tex以下、采用傅立葉變換紅外光譜儀FT IR所測定的該前體纖維的環(huán)化度I1620/I2240不超過7％的條件下使該前體纖維收縮；然后，(2)在230～260℃的氧化性氣氛中，在該前體纖維的環(huán)化度不超過27％并且密度不超過1.2g/cm3的范圍，以2.7～3.5g/tex的負荷對該前體纖維進行初期拉伸；接著，(3)在氧化性氣氛中和200～280℃下，在拉伸倍率為0.85～1.3倍的范圍對該前體纖維進行耐燃處理直到密度達到1.3～1.5g/cm3的范圍為止。
2.如權利要求1所述的耐燃纖維的制造方法，其特征在于，所述聚丙烯酸系前體纖維 是單絲數為20，000根以上、用廣角X射線衍射測得的取向度為90%以下、并且每單位重量 含有20 50重量％的水分的聚丙烯酸系碳纖維前體纖維束。
3.一種碳纖維的制造方法，其特征在于，通過將聚丙烯酸系前體纖維在氧化性氣氛中 進行耐燃處理、然后在惰性氣氛中進行碳化處理來制造碳纖維時，(1)作為耐燃處理的預處理，在溫度范圍為220 260°C、負荷為0.58g/tex以下、用傅 立葉變換紅外光譜儀FT-IR測得的該前體纖維的環(huán)化度1162(|/1224(|不超過7%的條件下使該 前體纖維收縮；然后，(2)在230 260V的氧化性氣氛中，在該前體纖維的環(huán)化度不超過27 %并且密度不超 過1. 2g/cm3的范圍，以2. 7 3. 5g/tex的負荷對該前體纖維進行初期拉伸；接著，(3)在氧化性氣氛中和200 280°C下，在拉伸倍率為0.85 1. 3倍的范圍對該前體 纖維進行耐燃處理直到密度達到1. 3 1. 5g/cm3的范圍為止，然后，進行碳化處理。
4.如權利要求3所述的碳纖維的制造方法，其特征在于，所述聚丙烯酸系前體纖維是 單絲數為20，000根以上、用廣角X射線衍射測得的取向度為90%以下、并且每單位重量含 有20 50重量％的水分的聚丙烯酸系碳纖維前體纖維束。
5.一種碳纖維，用權利要求3或4所述的制造方法得到，抗拉強度為5880MPa以上，彈 性模量為308GPa以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造耐燃纖維的方法，在將聚丙烯酸系前體纖維在氧化性氣氛中進行耐燃處理來制造耐燃纖維時，作為耐燃處理的預處理是將所述前體纖維在溫度范圍為220～260℃、負荷為0.58g/tex以下，在前體纖維的環(huán)化度(I1620/I2240)不超過7％的條件下使其收縮，然后，在230～260℃的氧化性氣氛中、環(huán)化度不超過27％并且密度不超過1.2g/cm3的范圍、以2.7～3.5g/tex的負荷進行初期拉伸，接著進行通常情況下的耐燃處理來制造耐燃纖維的方法。通過對所述耐燃纖維繼續(xù)進行碳化處理，可得到適于制造具備高復合性能的復合材料的、高強度高彈性的碳纖維。
文檔編號D01F9/22GK101910480SQ20088012314
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權日2007年12月30日
發(fā)明者尾山太郎, 川人理惠, 木村洋 申請人:東邦特耐克絲株式會社